ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ УПРАЖНЕНИЯ

Лабораторная работа О14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ВЕЩЕСТВА МЕТОДОМ БРЮСТЕРА

Цель работы: Измерив угол Брюстера, рассчитать относительный показатель преломле ния прозрачной пластинки.

Приборы и принадлежности: 1. гониометр;

2. исследуемая пластинка;

3. источник света.

ВВЕДЕНИЕ

Свет – это поперечные электромагнитные волны, т.е. векторы напряженности электрического и магнитного полей колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения световой волны. На рис.1 плоскость EH перпендикулярна – направлению распространения волны.

Действие света чаще всего обусловлено его электрическим полем, поэтому обычно говорят о векторе световой волны ( и обычно перпендикулярны друг другу). Если вектор световой волны ориентирован в плоскости EH самым различным образом, то это естественный свет.

Если для вектора характерно преобладающее направления колебания, то это линейно (или плоско) поляризованный свет. Плоскость, проходящая через векторы и , называется плоскостью поляризации.

Пучок естественного света можно представить в виде пучков линейно поляризованных со всевозможными ориентациями плоскостей поляризации.

Превращение естественного света в поляризованный называется явлением поляризации.

Явление поляризации наблюдается при прохождении света через границы раздела двух прозрачных изотропных сред. В этом случае можно воспользоваться формулами Френеля.

На рис.2 плоскость P₂ – это граница раздела двух прозрачных сред, P₁ – плоскость, в которой лежит падающий луч. Электрический вектор любого светового пучка можно разбить на две составляющих: E_^ – перпендикулярную плоскости падения, и E_// – лежащую в плоскости падения.

Если смотреть в направлении, перпендикулярном плоскости падения, то получается для E_^- и E_// -компонент (рис.3):

Формулы Френеля устанавливают связь между соответствующими амплитудами компонент падающей, отраженной и преломленной волн:

E^/₁_^ = – E₁_^      (1)               E₂_^ = E₁_^     (3)

E^/_1// = –E_1//       (2)                E_2// = E_1// (4)

        (5)                            (6)

Из формулы (2) следует, что если i₁ + i₂ = 90^о (7), то E^/_1//= 0. Это значит, что в этих условиях в отраженном от границы раздела свете будет полностью отсутствовать E_//-компонента, т.е. отраженный свет будет линейно поляризованным с плоскостью поляризации, лежащей перпендикулярно плоскости падения. Воспользовавшись условием (7) и формулой (6), можно легко показать, что в этом случае

                                                                 (8)

Явление полной поляризации света при отражении называют явлением Брюстера, а формула (8) есть математическая запись закона Брюстера. Угол падения , при котором наблюдается полная поляризация отраженного света, называют углом Брюстера.

Измерив угол Брюстера, можно по формуле (8) рассчитать показатель преломления вещества прозрачной пластинки относительно воздуха. Таким образом, задача сводится к анализу отраженного света на степень его поляризации и измерению угла падения, при котором отраженный свет полностью линейно поляризован.

II. ИЗМЕРЕНИЕ УГЛА БРЮСТЕРА

Измерение угла Брюстера производится на установке, схема которой представлена на рис.4.

Неполяризованный свет от источника 1 проходит через коллиматор, который формирует параллельный пучок, и падает на исследуемую пластинку 4. после отражения его от пластинки происходит его частичная или полная поляризация (в зависимости от угла падения). Отраженный от пластинки свет наблюдают через зрительную трубу 6, перед которой установлен поляроид-анализатор 5. Поворачивая поляроид вокруг оси, можно производить анализ отраженного света на степень поляризации.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ УПРАЖНЕНИЯ

1. Совместите вертикальную нить в поле зрения зрительной трубы с изображением щели коллиматора, расположив их на одной прямой. Поставьте исследуемую пластинку параллельно световому пучку, выходящему из коллиматора. Небольшим поворотом столика совместите основное и отраженной от пластинки изображения щели (положение 1 на рис. 4). Теперь лучи и плоскость пластинки параллельны. По лимбу и нониусу определите нулевое положение столика j₀.

2. Поверните столик с пластинкой примерно на 10^о (поворачивать удобнее по часовой стрелке). Поворачивая зрительную трубу, совместите отраженное изображение щели с нитью окуляра (для этого зрительную трубу нужно повернуть на угол в 2 раза больший, т.е. » 20^о). Вращая анализатор 5, пронаблюдайте изменение интенсивности отраженного от пластинки луча. Установите анализатор на минимум освещенности. В этом случае плоскость пропускания поляроида параллельна плоскости падения луча на пластинку, т.е. мы следим за Р-компонентой отраженного луча.

3. Осторожно поворачивая столик (уменьшая угол падения), следить с помощью зрительной трубы за изображением щели коллиматора, совмещая каждый раз его с нитью окуляра. Яркость изображения щели будет уменьшаться и, наконец, почти полностью исчезнет, т.е. при определенном угле падения i_Б в отраженном луче полностью исчезнет E_// -компонента. Этот угол падения и будет углом Брюстера. Уточните положение поляроида-анализатора, чтобы изображение щели коллиматора было наименее ярким.

4. Определив положение столика с пластинкой, когда будет наименее ярким, сделать отсчет угла по лимбу и нониусу j. Таких измерений проделать не менее пяти. Из рисунка 4 видно, что угол, на который мы повернули пластинку по отношению к первоначальному положению Dj = j - j_о есть угол скольжения, а угол падения будет

5. Зная угол Брюстера i_Б, по формуле (8) подсчитайте показатель преломления пластинки относительно воздуха. Оцените погрешность определения показателя преломления.

Контрольные вопросы

1. Что такое естественный и поляризованный свет?

2. Каков физический смысл формул Френеля?

3. В чем суть закона Брюстера?

4. Как измерить угол Брюстера?

Литература

1. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс физики, т. III

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 322; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!